DE102005016751B3 - Method for producing packaged electronic components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gehäuster elektronischer, insbesondere opto-elektronischer Bauelemente im Waferbund, bei welchem die Gehäusung durch aufgetragene Mikro-Rahmenstrukturen eines Coversubstrates aus Glas erfolgt und die Zerlegung des Verbundwafers entlang im Coversubstrat erzeugter Gräben erfolgt.The invention relates to a method for producing packaged electronic, in particular optoelectronic components in the wafer bundle, wherein the housing is effected by applied micro-frame structures of a glass substrate and the decomposition of the composite wafer along trenches produced in the cover substrate.
Description
Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gehäuster, elektronischer, insbesondere opto-elektronischer Bauelemente im Waferverbund.The The invention relates to a method for producing packaged, electronic, in particular opto-electronic components in the wafer composite.
Hintergrund der Erfindung:Background of the invention:
Für die Fertigung von integrierten elektronischen, opto-elektronischen oder anderen Bauelementen für Mikrosysteme wurden Technologien entwickelt, die eine Erzeugung genau strukturierter Verkapselungs- bzw. Passivierungsschichten und/oder -hohlräume (Kavitäten) ermöglicht. Die Gehäusung von opto-elektronischen Bauelementen, welche einen optischen Sensor oder optisch aktive Elemente aufweisen, erfolgt mit lichtdurchlässigen Abdeckungen, welche die lichtempfindlichen Elemente vor Umgebungseinflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit oder etwa vor mechanischen Beschädigungen schützen.For the production of integrated electronic, opto-electronic or other components for microsystems Technologies have been developed that are precisely structured to produce Encapsulation or Passivierungsschichten and / or cavities (cavities) allows. The housing of opto-electronic components, which are an optical sensor or optically active elements is carried out with translucent covers, which the photosensitive elements from environmental influences, such as For example, moisture or about mechanical damage protect.
Dabei wird Glas für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, unter anderem wegen dessen optischen Eigenschaften und hervorragenden Passivierungseigenschaften. Gegenüber den für die Verpackung und Kapselung von Halbleiterbauelementen häufig eingesetzten Kunststoffen besitzen Gläser beispielsweise eine deutlich geringe Permeabilität für Luft und bieten darüber hinaus auch einen hervorragenden Schutz gegen Wasser, Wasserdampf und insbesondere auch gegen aggressive Stoffe, wie Säuren und Basen.there will glass for used a variety of applications, among other things because of its optical Properties and excellent passivation properties. Compared to the for the Packaging and encapsulation of semiconductor devices commonly used Plastics have glasses, for example a significantly low permeability to air and beyond also excellent protection against water, water vapor and in particular also against aggressive substances, such as acids and bases.
Derart gehäuste Mikro-Bauelemente werden typischerweise im Zusammenhang mit zum Beispiel Fingerprintsensoren, MEMS-Bauteilen, CCD-Kameras und Scannern eingesetzt. D. h. diese Verfahren eignen sich insbesondere zum Packaging von Bauelementen, die einen sensitiven Bereich, z. B. einen optischen Sensor, aufweisen, der durch ein Gehäuse geschützt werden muß, wobei jedoch über das Gehäuse sicherzustellen ist, dass der Sensor seine externe, z. B. optische, Zugänglichkeit behält.so packaged Micro-components are typically associated with the Example fingerprint sensors, MEMS components, CCD cameras and scanners used. Ie. These methods are particularly suitable for packaging of devices having a sensitive area, e.g. B. an optical Sensor, which must be protected by a housing, wherein however over the housing ensure that the sensor has its external, z. B. optical, accessibility reserves.
Die Fertigung des Bauelements, die Gehäusung der Bauelemente und die Herstellung der Anschlusskontaktierung nach außen erfolgt entweder noch im Verbund eines Wafers (wafer-level-packaging) oder auf dem vereinzelten Bauelement bzw. Halbleiterchip (single-size-packaging).The Manufacture of the device, the housing of the components and the Production of the connection contact to the outside is either still in Composite of a wafer (wafer-level packaging) or on the isolated Component or semiconductor chip (single-size packaging).
Eine Gehäusung der Bauelemente bzw. Chips nach dem Vereinzeln hat jedoch den Nachteil, dass die integrierten Schaltungen und/oder sensitiven Bereiche der Bauelemente während der Vereinzelung offen liegen und deren Funktion durch den beim Zersägen (Dicen) der Wafer entstehenden Schmutz oder Staub beeinträchtigt werden.A Gehäusung However, the components or chips after the separation has the disadvantage that the integrated circuits and / or sensitive areas of the components while the separation are open and their function by the saw up (Dicen) of the wafer resulting dirt or dust are affected.
Im Rahmen des wafer-level-packaging wird deshalb z. B. bei einer optisch aktiven Fläche eines Halbleiterbauelements der aktive Bereich durch das Aufkleben eines Glases oder einer Folie auf den Siliziumwafer geschützt.in the Frame of wafer level packaging is therefore z. B. in an optical active area a semiconductor device, the active area by sticking a glass or a foil on the silicon wafer protected.
Die fertig geschnittenen Bauelemente, sogenannte Die's, müssen jedoch nach dem Dicen, also dem Abtrennen der Die's vom Wafer, neu einjustiert und ausgerichtet werden, bevor die Gehäusung aufgesetzt werden kann, was zu zusätzlichen Fertigungsschritten führt und entsprechend die Produktion verlangsamt und verteuert.The finished cut components, so-called's, must however, after dicing, ie separating the dies from the wafer, new be adjusted and aligned before the housing put on can be, resulting in additional Manufacturing steps leads and accordingly slows down production and makes it more expensive.
Für die Herstellung von integrierten elektronischen und opto-elektronischen oder anderen Mikro-Bauelementen werden inzwischen vorrangig unterschiedlichste wafer-level-packaging Verfahren angewendet.For the production from integrated electronic and opto-electronic or other Micro-components are now mainly different wafer-level packaging Method applied.
Beispielsweise
beschreibt das Dokument
Häufig stellt sich hierbei das grundlegende Problem, dass die bei der zur Abdeckung verwendeten Materialien nur schwer zu strukturieren sind, um beispielsweise hindurchführende Kontaktverbindungen für Anschlußkontaktierungen bereitzustellen.Frequently poses This is the fundamental problem that comes with the cover used materials are difficult to structure, for example therethrough Contact connections for connection contacts provide.
Zum Herstellen von Löchern im Gehäusungs- oder Abdeckungsmaterial werden üblicherweise konventionelle Techniken wie z.B. Ultraschallschwingläppen eingesetzt, wobei sich in diesem Fall jedoch nur relativ „große" Löcher von ca. 0,5 mm Durchmesser erzeugen lassen.To the Making holes in the housing or cover material will become common conventional techniques such as e.g. Ultrasonic lobes used, in this case, however, only relatively "big" holes can produce about 0.5 mm diameter.
Im Dokument WO 99/40624 A1 wurde bereits vorgeschlagen, dass sich mehrere elektrische Kontakte jeweils ein Loch teilen, so dass hierdurch die Anzahl der Löcher reduziert und folglich die Strukturdichte erhöht werden kann. Auch hierbei werden jedoch immer noch sehr kleine, und somit schwer herzustellende Löcher benötigt, wobei zusätzlich die Führung mehrerer Kontaktverbindungen durch ein Loch kompliziert ist.in the Document WO 99/40624 A1 has already been proposed that several electrical contacts each share a hole, so that thereby the number of holes can be reduced and consequently the density of the structure can be increased. Also here However, they are still very small, and thus difficult to produce holes needed in addition the leadership multiple contact connections through a hole is complicated.
Die
in der Patentanmeldung
Daneben sind photostrukturierbare Gläser, wie z.B. „Foturan" verfügbar, mit denen sich über Photolithographie feine Strukturen erzeugen lassen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass diese Gläser einen von Silizium, welches üblicherweise als Trägersubstrat verwendet wird, abweichenden Ausdehnungskoeffizienten besitzen und eine Gehäusung oder Abdeckung mit diesen Gläsern zu Spannungen zwischen Substrat und Gehäuse führt.Besides are photopatternable glasses, like e.g. "Foturan" available, with which is about photolithography create fine structures. The disadvantage here, however, is that these glasses one of silicon, which is usually as a carrier substrate is used, have different coefficients of expansion and a housing or cover with these glasses leads to stresses between substrate and housing.
Die
In
der
In
der
Nach dem abschließenden Schritt der Gehäusung und/oder der Kontaktfreilegung wird der Wafer in einzelne, zumeist quadratische Chips zerteilt (sogenanntes "Dicing"). Typischerweise wird das Zerteilen mit einer Säge Schnitt für Schnitt mit einem Vorschub von etwa 2 bis 3 mm/min durchgeführt. Daher kann die Dauer des vollständigen Zerteilens eines Wafers in der Größenordnung eines ganzen Tages liegen und verursacht entsprechend hohe Kosten. Die mechanischen Eigenschaften der Passivierungsschichten und Gehäusungen können zudem, je nach Material, insbesondere bei glasartigen Materialien, das Zersägen der Wafer zusätzlich erschweren und verlangsamen.To the final one Step of the housing and / or the contact exposure, the wafer is in individual, mostly square chips (so-called "dicing"). Typically, the dicing with a saw Cut for Cut at a feed rate of about 2 to 3 mm / min performed. Therefore can the duration of the complete Dicing a wafer on the order of a whole day lie and cause correspondingly high costs. The mechanical Properties of the passivation layers and housings can also, depending on the material, especially in glassy materials, the sawing of Additional wafers complicate and slow down.
Die US 2002/0115234 A1 zeigt Vorrichtungen, welche ein Substrat mit Öffnungen haben, die sich durch das Substrat erstrecken und Leiter in den Öffnungen haben. Kavitäten werden in dem Wafer mittels koventioneller Verfahren geformt, wie beispielsweise Glasätzen. Entsprechende Komponenten werden dadurch in den Kavitäten positioniert. In einem alternativen Verfahren werden Abstandsmerkmale auf der Waferoberfläche gebildet. Entlang der gesamten Schnittlinien oder gestreut entlang der Schnittlinien eingebrachte Kavitäten reduzieren die mechanische Belastung während des Waferzerteilens.The US 2002/0115234 A1 shows devices comprising a substrate with openings which extend through the substrate and conductors in the openings to have. wells are formed in the wafer by conventional methods such as For example, glass etching. Corresponding components are thereby positioned in the cavities. In an alternative method, distance features on the wafer surface educated. Along the entire cutting lines or scattered along cavities introduced by the cutting lines reduce the mechanical Load during of wafer dicing.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung:general description the invention:
Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gestellt, gehäuste und einfach und flexibel bondbare elektronische, insbesondere opto-elektronische Mikro-Bauelemente und ein vereinfachtes und wirtschaftliches Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung zu stellen.The Invention has therefore set itself the task of housing and easy and flexible bondable electronic, especially opto-electronic Micro-components and a simplified and economical process for their production available to deliver.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.The The object is achieved by a method according to claim 1. advantageous Further developments are the subject of the respective subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von gehäusten elektronischen Bauelementen mit einem integrierten Funktionselement, umfasst die Schritte:
- a) Bereitstellen eines Trägersubstrates und eines Coversubstrates, jeweils mit einer Oberseite und einer Unterseite,
- b) Aufbringen der Funktionselemente auf das Trägersubstrat
innerhalb vorgegebener Rasterflächen
auf die Oberseite des Trägersubstrates
(
1 ), - c) Aufbringen von Bondelementen auf das Trägersubstrat innerhalb vorgegebene Rasterbänder, welche zwischen den Rasterflächen verlaufen und Herstellen der Anschlußkontakte zwischen Funktionselementen und Bondelementen,
- d) Aufbringen einer Mikrorahmenstruktur aus Glas auf die Unterseite
des Coversubstrates und/oder Oberseite des Trägersubstrates, wobei Kavitäten gemäß der Rasterflächen und
Kanäle
gemäß der Rasterbänder erzeugt
werden und wobei im Bereich eines jeden Rasterbandes (
9 ) je ein Graben (9 ) eingebracht wird und wobei die Breite des je einen Grabens (9 ) der Breite des Rasterbandes (8 ) entspricht, - e) Einbringen einer Makrostruktur zumindest auf der Oberseite des Coversubstrates durch Abtragen von Oberflächenbereichen, wobei Gräben gemäß der Rasterbänder des Trägersubstrates erzeugt werden,
- f) Zusammenfügen
von Träger-
und Coversubstrat zu einem Verbundsubstrat durch Anlegen der Oberseite
des Trägersubstrates
(
1 ) an die Unterseite des Coversubstrates (6 ), wobei die Funktionselemente gehäust werden und - g) Trennen des Verbundsubstrates entlang einer vorgegebenen Spur innerhalb der Rasterbänder, wobei das Verbundsubstrat in einzelne Bauelemente zerlegt und gleichzeitiges die Bondelemente der vereinzelten Bauelemente freigelegt werden.
- a) providing a carrier substrate and a cover substrate, each with an upper side and a lower side,
- b) applying the functional elements to the carrier substrate within predetermined grid areas on the upper side of the carrier substrate (
1 ) - c) applying bonding elements to the carrier substrate within predetermined grid bands which extend between the grid areas and producing the connection contacts between functional elements and bonding elements,
- d) applying a microframe structure made of glass to the underside of the cover substrate and / or top side of the carrier substrate, wherein cavities are generated in accordance with the grid areas and channels according to the grid bands and wherein in the region of each grid band (
9 ) one ditch each (9 ) and the width of the one trench (9 ) the width of the grid band (8th ), - e) introducing a macrostructure at least on the upper side of the cover substrate by removing surface areas, wherein trenches according to the grid bands of the carrier substrate he be witnessed
- f) joining carrier and cover substrate to form a composite substrate by applying the upper side of the carrier substrate (
1 ) to the underside of the cover substrate (6 ), wherein the functional elements are housed and - g) separating the composite substrate along a predetermined track within the raster bands, wherein the composite substrate is decomposed into individual components and at the same time the bonding elements of the separated components are exposed.
Als elektronische Bauelemente werden im Sinne dieser Erfindung Funktionselemente mit elektrischen Anschlüssen definiert. Funktionselemente sind aktive Halbleiterbauelemente und/oder Sensoren und Elemente für die Mikro-Elektromechanik und Mikro-Optoelektronik.When Electronic components are functional elements in the sense of this invention with electrical connections Are defined. Functional elements are active semiconductor devices and / or Sensors and elements for the microelectromechanics and micro-optoelectronics.
Die Verfahrensschritte bis f) müssen nicht zwangsläufig nacheinander ausgeführt werden, diese können, soweit dies sinnvoll ist, auch parallel oder in anderer Reihenfolge ausgeführt werden. Lediglich Verfahrensschritt g) ist zwangsläufig als letzter Verfahrensschritt auszuführen.The Process steps to f) need not necessarily executed in succession be, these can, as far as appropriate, also in parallel or in a different order accomplished become. Only process step g) is necessarily as last process step to execute.
Die Vorgabe der Rasterflächen und -bänder kann durch Markierungen, Masken etc. erfolgen, ist aber auch durch eine entsprechend vorgegebene, beispielsweise steuerbare, Positionierung der Funktionselemente entsprechend einem imaginären Raster auf dem Trägersubstrat möglich.The Specification of the grid areas and ribbons can by markings, masks, etc., but is also by a according to predetermined, for example, controllable, positioning the functional elements corresponding to an imaginary grid on the carrier substrate possible.
Das Aufbringen der Bondelemente, die als Kontaktflächen für externe Verbindungen der Bauelemente dienen, und die Herstellung der internen Kontaktierung zwischen Funktionselement und Bondelementen, kann vorzugsweise durch Aufbringen geeigneter leitfähiger Strukturen auf das Trägersubstrat erfolgen. Diese Strukturen können, beispielsweise mit entsprechenden Masken und Beschichtungsverfahren wie Aufdampfen oder Sputtern, in Lift-Off-Technik erzeugt werden. Eine weitere mögliche Kontaktierung ist mittels aufgebrachter Trägerfilme mit vorgefertigten Anordnungen flexibler metallischer Folienleiter (Tape-Automated-Bonding), Flip-Chip-Technik, Beam-Lead-Technik, photolithografische Strukturierungen oder anderen an sich bekannten Verfahren möglich.The Application of the bonding elements, which serve as contact surfaces for external connections Serve components, and the manufacture of internal contact between functional element and bonding elements, can preferably by Apply suitable conductive Structures on the carrier substrate respectively. These structures can, for example, with appropriate masks and coating methods such as vapor deposition or sputtering, are produced in lift-off technology. Another possible Contacting is by means of applied carrier films with prefabricated Arrangements of Flexible Metallic Film Conductors (Tape Automated Bonding), Flip-chip technology, beam-lead technology, photolithographic structuring or other methods known per se.
Als Trägersubstrate für elektronische Bauelemente werden bevorzugt Halbleiterwafer, insbesondere aus Silizium eingesetzt.When carrier substrates for electronic Components are preferred semiconductor wafer, in particular of silicon used.
Das Coversubstrat, mit welchem die Kapselung im Waferverbund erfolgen soll, kann eine ebene Halbleiter-, Kunststoff-, Keramik- oder Metallscheibe, vorzugsweise mit einer Dicke von 500 bis 1000 μm, umfassen.The Coversubstrat, with which the encapsulation in the wafer composite should, a flat semiconductor, plastic, ceramic or metal disc, preferably with a thickness of 500 to 1000 microns, include.
Insbesondere für optische Funktionselemente und/oder für Funktionselemente, für welche eine hermetisch dichte Verkapselung von Bedeutung ist, umfasst das Coversubstrat vorzugsweise eine ebene Glasscheibe mit einer Dicke von 500 bis 1000 μm. Für Coversubstrate eignen sich insbesondere Substrate aus borosilikatischem Glas, z.B. Borofloat 33, wegen seines annähernd gleichen Ausdehnungskoeffizienten zu Silizium.Especially for optical Functional elements and / or for Functional elements, for which is a hermetically sealed encapsulation of importance includes the cover substrate preferably a flat glass with a Thickness of 500 to 1000 microns. For cover substrates Substrates of borosilicate glass, e.g. Borofloat 33, because of its approximate same expansion coefficient to silicon.
Die Mikrorahmenstruktur kann sowohl auf das fertige Trägersubstrat, als auch auf das Coversubstrat aufgebracht werden.The Microframe structure can be applied both to the finished carrier substrate, as well as on the cover substrate.
Die
Mikrorahmenstruktur wird durch Aufdampfen einer Glasschicht, welche
vorzugsweise durch eine Maske aufgedampft und strukturiert wird, erzeugt.
Zur Strukturierung eignen sich fotolithografische Verfahren, insbesondere
die Lift-Off-Technik, welche dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist. Als Aufdampfglas
wird insbesondere ein borosilikatisches Glas, z.B. das Aufdampfglas
8329 oder G018-189 der Firma SCHOTT Glas verwendet. Ein Vorteil
dieses Verfahrens ist das temperaturschonende Aufbringen einer isolierenden
Mikrorahmenstruktur aus Glas bei Temperaturen bis 150°C. Entsprechende
Verfahren zur Erzeugung einer Mikrostruktur aus Glas sind in der
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Die Mikrorahmenstruktur ist derart ausgebildet, dass beim Zusammenfügen beider Substrate jedes Funktionselement von einem Rahmen umschlossen wird und sich innerhalb der ausgebildeten Kavitäten befindet und die Bondelemente in Bereichen von Kanälen, welche zwischen nebeneinanderliegenden Rahmen ausgebildet werden, angeordnet sind. Die Strukturierung erfolgt gemäß der Anordnung der Funktionselemente und deren Bondelemente, gemäß der Vorgabe der oben beschriebenen Rasterflächen und -bänder.The Microframe structure is designed such that when joining both Substrates each functional element is enclosed by a frame and within the formed cavities and the bonding elements in areas of canals, which are formed between adjacent frames, are arranged. The structuring takes place in accordance with the arrangement of the functional elements and their bonding elements, as specified the grid areas described above and ribbons.
Zur Erzeugung möglichst kleiner Strukturen auf dem Wafer weisen die Rahmenstege der Mikrorahmenstruktur eine Breite von 1 bis 500 μm, vorzugsweise von 80 bis 100 μm auf. Die Rahmengröße richtet sich nach den Abmessungen der Funktionselemente.to Generation possible small structures on the wafer have the frame ridges of the micro-frame structure a width of 1 to 500 μm, preferably from 80 to 100 microns on. The frame size is aimed depending on the dimensions of the functional elements.
Die Höhe der Rahmenstege der Mikrorahmenstruktur richtet sich hauptsächlich nach den Erfordernissen der integrierten Funktionselemente- und weisen vorzugsweise eine Höhe auf, bei der das Coversubstrat die Funktionselemente nicht berührt. Üblicherweise liegen die Größenordnungen für die Steghöhen im Bereich von 1 bis 1000 μm, vorzugsweise von 3 bis 10 μm.The height of Frame webs of the microframe structure mainly depends the requirements of the integrated functional elements and have preferably a height on, in which the cover substrate does not touch the functional elements. Usually are the orders of magnitude for the bridge heights in the area from 1 to 1000 μm, preferably from 3 to 10 microns.
Die Erzeugung der Makrostruktur auf dem Coversubstrat dient der Reduzierung der Substratdicke auf einer vorgegebenen Spur innerhalb der Rasterbänder, entlang derer das fertige Verbundsubstrat in einzelne Bauelemente zerlegt werden soll. Eine Reduzierung der Glasdicke um 10 bis 80 % in den Sägebereichen ermöglicht später eine erheblich schnellere Chipvereinzelung.The generation of the macrostructure on the Coversubstrat serves to reduce the substrate thickness on a given track within the grid bands, along which the finished composite substrate is to be broken down into individual components. A reduction of the glass thickness by 10 to 80% in the sawing areas later enables a considerably faster chip separation.
Vorzugsweise werden dazu Gräben, die entsprechend der Kanäle der Mikrostruktur verlaufen, mit einer Breite, die maximal der Breite der Kanäle entspricht und vorzugsweise eine Breite von 200 bis 500 μm aufweist, durch Materialabtrag von der Coveroberfläche eingebracht. Die Gräben der Makrostruktur können in die Ober- und/oder Unterseite des Coversubstrates eingebracht werden.Preferably become trenches, the according to the channels the microstructure extend, with a width, the maximum of the width corresponds to the channels and preferably has a width of 200 to 500 microns, by material removal from the cover surface brought in. The trenches of the macrostructure introduced into the top and / or bottom of the cover substrate become.
Die Erzeugung der Makrostruktur durch Abtragen von Oberflächenbereichen des Coversubstrates erfolgt vorzugsweise mittels Ätzen, Sandstrahlen oder Ultraschallschwingläppen.The Generation of the macrostructure by removal of surface areas the cover substrate is preferably carried out by means of etching, sandblasting or Ultrasonic machining.
Wird die Mikrorahmenstruktur auf die Unterseite des Coversubstrates aufgebracht, erfolgt die Makrostrukturierung des Coversubstrates vorzugsweise anschließend.Becomes the micro-frame structure is applied to the underside of the cover substrate, the macrostructuring of the cover substrate preferably takes place subsequently.
Zur Kapselung oder Gehäuseausbildung der Funktionselemente im Waferverbund müssen Träger- und Coversubstrat entsprechend justiert zusammengefügt werden. Es bilden sich dabei Kavitäten um die Funktionselemente aus. Die Bondelemente liegen außerhalb diese Kavitäten, d.h. die Rahmenstrukturen werden über die Kontaktierungen (Leiterbahnen) hinweggeführt, um eine elektrische Verbindung des gehäusten Funktionselementes durch die Kapselung hindurch nach außen sicherzustellen.to Encapsulation or housing design The functional elements in the wafer composite must support and Coversubstrat accordingly adjusted together become. Cavities form around the functional elements out. The bonding elements are outside these cavities, i.e. the frame structures are connected via the contacts (conductors) carried away, to an electrical connection of the housed functional element the encapsulation through to the outside sure.
Wird die Mikrorahmenstruktur auf die Oberseite des Trägersubstrates aufgebracht, werden die Rahmen um die Funktionselemente und über die Kontaktierungen hinweg hermetisch aufgedampft, so dass eine durch den Rahmen hermetisch nach außen führende Kontaktierung sichergestellt ist.Becomes the micro-frame structure is applied to the upper side of the carrier substrate, The frames around the functional elements and over the contacts away hermetically evaporated, leaving one hermetically sealed by the frame outward premier Contacting is ensured.
Die Mikrorahmenstruktur der Oberseite des Trägersubstrates und die Unterseite des Coversubstrates werden dann vorzugsweise mittels anodischem Bonding, Fusions Bonding, Sol-Gel-Bonding, Low-Temperature-Bonding, Verlöten oder Verkleben entsprechend justiert zu einem Verbundsubstrat zusammengefügt. Die Ausführung des Coversubstrates aus Glas, d.h. mit einem transparenten Material, erleichtert die Justierung erheblich.The Microframe structure of the top of the carrier substrate and the bottom of the cover substrate are then preferably by means of anodic bonding, Fusion bonding, sol-gel bonding, low-temperature bonding, soldering or Bonding adjusted accordingly to a composite substrate joined together. The execution of the glass copying substrate, i. with a transparent material, facilitates the adjustment considerably.
Ist die Mikrorahmenstruktur auf die Unterseite des Coversubstrates aufgebracht, kann der Rahmen nicht direkt mit dem Trägersubstrat gebondet werden, da die Kontaktierungen auf dem Trägersubstrat hermetisch überbrückt werden müssen. Die Verbindung zu einem Verbundsubstrat erfolgt mittels einer Verbindungsschicht, die vorzugsweise auf die Mikrorahmenstruktur aufgetragen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungsschicht eine Klebeschicht, vorzugsweise aus Epoxydharz mittels derer die beiden Substrate verklebt werden.is the micro-frame structure is applied to the underside of the cover substrate, the frame can not be bonded directly to the carrier substrate, since the contacts on the carrier substrate are hermetically bridged have to. The connection to a composite substrate takes place by means of a connecting layer, which is preferably applied to the micro-frame structure. In a preferred embodiment the bonding layer is an adhesive layer, preferably of epoxy resin of which the two substrates are glued.
Die Vereinzelung der im Waferverbund gehäusten Chips erfolgt vorzugsweise durch Freilegen der Kanäle entlang der Gräben des Coversubstrates, wobei gleichzeitig die Bondelemente freigelegt werden und durch Trennen des Trägersubstrates entlang einer vorgegebenen Spur, die vorzugsweise mittig entlang der Kanäle verläuft.The Separation of the chips housed in the wafer composite is preferably carried out by exposing the channels along the trenches of the cover substrate, while exposing the bonding elements be and by separating the carrier substrate along a predetermined track, preferably along the middle of the channels runs.
Die Kanäle können mittels einer Säge, welche vorzugsweise eine relativ große Sägebreite (ca. 100 bis 500 μm) aufweist oder mittels Sandstrahlen oder Ultraschallschwingläppen entlang der Gräben der Makrostruktur des Coversubstrates freigelegt werden. Das Trägersubstrat wird vorzugsweise mittels einer Säge, welche eine relativ geringe Sägebreite (ca. 100 μm) aufweist, getrennt.The channels can by means of a saw, which preferably has a relatively large saw width (about 100 to 500 microns) or by sandblasting or ultrasonic luffing along the trenches of Macrostructure of the cover substrate are exposed. The carrier substrate is preferably by means of a saw, which is a relatively small saw width (about 100 μm) has, separately.
Die sehr geringe Materialdicke des Coversubstrates im Bereich der Gräben ermöglicht eine wesentlich kürzere Zeit des sehr kostenintensiven Sägeprozesses.The Very small material thickness of the Coversubstrates in the trenches allows a significant shorter Time of the very costly sawing process.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt eine einfache und effektive Herstellung gehäuster Bauelemente. Diese haben außen liegende, gut zugängliche Bondelemente, welche für herkömmliche Technologien und Bondverfahren, beispielsweise Drahtbondverfahren gut geeignet sind.With the method according to the invention succeeds in a simple and effective production of housed components. These have outside lying, easily accessible Bonding elements, which for conventional Technologies and bonding techniques, such as wire bonding techniques are well suited.
Weiterhin ist mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ein elektronisches Bauelement herstellbar, welches aus einem Verbund aus einem Trägersubstrat und einem Coversubstrat besteht oder ein Verbund aus einem Trägersubstrat und einem Coversubstrat umfasst, wobei auf dem Trägersubstrat zumindest ein Funktionselement und zumindest ein mit dem Funktionselement kontaktiertes Bondelement angeordnet ist, das Coversubstrat ein mikrostrukturiertes Glas ist, welches auf dem Trägersubstrat angeordnet ist und über dem Funktionselement eine Kavität bildet und die Bondelemente sich außerhalb der Kavität auf dem Trägersubstrat befinden.Farther is an electronic one with the method described above Component can be produced, which consists of a composite of a carrier substrate and a cover substrate or a composite of a carrier substrate and a cover substrate, wherein on the carrier substrate at least one functional element and at least one with the functional element contacted bonding element is arranged, the cover substrate is microstructured glass, which is arranged on the carrier substrate and over the functional element a cavity forms and the bonding elements outside the cavity on the carrier substrate are located.
Das Trägersubstrat umfasst vorzugsweise Silizium. Dadurch weisen das Cover- und Trägersubstrat einen annähernd gleichen Ausdehnungskoeffizienten auf, wodurch es zu keinen Spannungen zwischen den Substraten kommt.The carrier substrate preferably comprises silicon. This shows the cover and carrier substrate an approximate same coefficients of expansion, causing no tension comes between the substrates.
Das Coversubstrat bildet die Gehäusung des Funktionselementes und ist wegen seiner physikalischen Eigenschaften besonders zur Gehäusung von sensorisch aktiven und optisch aktiven Funktionselementen geeignet.The cover substrate forms the housing of the functional element and is due to its physical properties particularly for the housing of sensory active and optically active functional elements suitable.
Durch geeignete Verbindungstechnologien, wie beispielsweise im erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, kann außerdem ein dichter Verbund zwischen Träger- und Coversubstrat erreicht werden.By suitable joining technologies, as described for example in the method according to the invention, can also a dense network between carrier and cover substrate can be achieved.
Zur Ausbildung einer Kavität im Coversubstrat, welche das auf dem Trägersubstrat befindliche Funktionselement gehäusen soll, besteht das Coversubstrat vorzugsweise aus einer ebenen Glasscheibe mit einem aufgedampften Mikro-Glasrahmen. Mögliche Verfahren zur Herstellung derartiger Mikrorahmen sind ebenfalls im erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.to Formation of a cavity in the cover substrate, which is the functional element located on the carrier substrate housings should, the cover substrate is preferably made of a flat glass sheet with a vapor-deposited micro-glass frame. Possible procedures for producing such micro-frames are also in the process of the invention described.
Elektronische Bauelemente sollen für viele Anwendungsfälle in kleinen Abmessungen gefertigt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Glasscheibe eine Dicke von 500 bis 1000 μm, die Rahmenstege der Mikro-Glasrahmen eine Breite von 1 bis 500 μm, vorzugsweise von 80 bis 100 μm und eine Höhe von 1 bis 1000 μm, vorzugsweise von 3 bis 10 μm auf.electronic Components are intended for many applications be made in small dimensions. In an advantageous embodiment the glass sheet has a thickness of 500 to 1000 microns, the frame webs the micro-glass frame a width of 1 to 500 μm, preferably from 80 to 100 microns and a height from 1 to 1000 microns, preferably from 3 to 10 μm on.
Die außerhalb der Gehäusung liegenden und frei zugänglichen Bondelemente umfassen in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Draht-bondbare (wire-bonding) oder lötbare Bondpads. Als mögliche Materialien für die Bondpads kommen vorzugsweise Au, Al, TiCu, AlSiCu oder AlSiTi zum Einsatz.The outside the housing lying and freely accessible Bonding elements comprise in a further advantageous embodiment Wire-bonding or solderable bond pads of the invention. As possible Materials for Bond pads are preferably Au, Al, TiCu, AlSiCu or AlSiTi for use.
Übliche Bondverfahren sind beispielsweise das wire-bonding mit Thermokompressionsverfahren, Thermokompressionsbonden mit Goldbumps, Ultraschalldrahtbonden, Thermosonicdrahtbonden oder Löten mit Lotbumps. Gerade die Gehäusung aus Glas macht den Einsatz dieser Bondverfahren für empfindliche, insbesondere auch temperaturempfindliche Funktionselemente möglich. Die Kontaktierung und das Zusammenfügen der erfindungsgemäßen Bauelemente zu Baugruppen (Packaging) und Mikro-Systemen wird dadurch mit industriell verbreiteten und modernen Fertigungstechnologien wie beispielsweise das Tape-Automated-Bonding oder Flip-Chip Bonden möglich.Usual bonding methods are, for example, wire-bonding with thermocompression methods, Thermocompression bonding with gold bumps, ultrasonic wire bonding, Thermosonic wire bonding or soldering with solder bumps. Just the case off Glass makes the use of these bonding methods sensitive, in particular also temperature-sensitive functional elements possible. The contacting and the joining together the components of the invention to assemblies (packaging) and micro-systems thereby becomes industrial common and modern manufacturing technologies such as the tape-automated bonding or flip-chip bonding possible.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das elektronisches
Bauelement ein auf der Unterseite des Trägersubstrates (
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des elektronisches Bauelementes sind auf den Bondelementen Lotbumps aufgebracht, welche das Trägersubstrat mit Bondelementen der Unterseite eines mit einer Öffnung für das gehäuste Funktionselement versehenen Basissubstrates verbinden. Die Lotbumps sind kleine, elektrisch leitende Materialdepots über die sowohl die elektrische als auch mechanische und/oder thermische Verbindung zwischen Träger- und Basissubstrat hergestellt wird. Werden die Lotbumps zwischen den Bondpads der Substrate aufgeschmolzen, beispielsweise mittels Reflow-Technologie, erfolgt eine sich selbstjustierende, spannungsfreie Verbindung der Substrate. Das Basissubstrat ist beispielsweise Teil einer optischen Baugruppe, innerhalb derer das gehäuste Funktionselement, insbesondere mit einer optischen Funktion, anzuordnen ist.In a further advantageous embodiment of the electronic Component are applied to the bonding elements Lotbumps, which the carrier substrate with bottom side bonding elements having an opening for the housed functional element connect provided base substrate. The solderbumps are small, electrically conductive material depots over which both the electrical as well as mechanical and / or thermal connection between carrier and base substrate will be produced. Will the solder bumps between the bond pads of the Melted substrates, for example by means of reflow technology, there is a self-aligning, stress-free connection of Substrates. The base substrate is for example part of an optical assembly, within that the housing Functional element, in particular with an optical function to arrange is.
Erfindungsgemäß umfassen optische Baugruppen ein Basissubstrat mit einer Öffnung und unterseitigen Bondpads, ein optisches Bauteil, beispielsweise eine Linse, welches oberhalb der Öffnung angeordnet und mit dem Basissubstrat verbunden ist und ein gehäustes elektronischen Bauelement, welches zumindest ein optisch sensitives Funktionselement umfasst. Das Basissubstrat besitzt definiert angeordnete lötbare Bondpads auf seiner Unterseite, sodass das elektronische Bauelement unterhalb der Öffnung befestigt werden kann. Die Verbindung zwischen Basissubstrat und elektronischen Bauelement ist eine durch aufgeschmolzene Lotbumps, welche sich zwischen den Bondpads des Basissubstrates und den Bondpads des elektronischen Bauelementes befinden, hergestellte, feinzentrierte Verbindung. Dies ermöglicht eine genau zentrierte und äußerst dichte Anordnung des optischen Bauteils, beispielsweise einer Linse zum elektronischen Bauelement.According to the invention optical assemblies a base substrate having an opening and lower-side bond pads, an optical component, for example a lens, which is above the opening arranged and connected to the base substrate and a housed electronic Component which has at least one optically sensitive functional element includes. The base substrate has defined solderable bond pads on its underside, allowing the electronic component below the opening can be attached. The connection between the base substrate and electronic component is a molten solder bumps, which is between the bond pads of the base substrate and the bond pads of the electronic component, manufactured, finely centered Connection. this makes possible a precisely centered and extremely dense Arrangement of the optical component, for example a lens for electronic component.
Derartige optische Baugruppen finden vor allem in digitalen Kameras Verwendung.such Optical assemblies are mainly used in digital cameras.
Die Erfindung wird im weiteren an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen dazu:The The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. It show:
Herstellen des Trägersubstrates:Production of the carrier substrate:
Die
Rasterflächen
(
Bezugnehmend
auf
Bezugnehmend
auf
Wie
in
Die
getrennt beschriebenen Verfahrensschritte, Aufbringen der Bondelemente
(
Dem
Fachmann ist es naheliegend, dass die in den
Herstellung des Coversubstrats:Preparation of the Coversubstrate:
Die
Herstellung der Mikrorahmenstruktur (
Auf
die zu strukturierende Unterseite F2 wird ein Fotolack mit einem
dem Fachmann bekannten Verfahren aufgebracht und fotolithografisch
strukturiert. Zur Erzeugung der Mikrorahmenstrukturen (
Bezugnehmend
auf
Auf
der Oberseite F3 des Coversubstrats (
Selbstverständlich kann
die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte verändert werden.
So können
zum Beispiel die Gräben
(
Herstellen des Verbundsubstrats:Making the composite substrate:
Die
mikrostrukturierte Unterseite F2 des Coversubstrats (
Vereinzeln der Bauelemente:Separation of the components:
Im
abschließenden
Verfahrensschritt erfolgt das Sägen
des Verbundsubstrats. Das Sägen
des Verbundsubstrates erfolgt durch Dicen des Coversubstrats (
Bezugnehmend
auf
Varianten:Variants:
Neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl weiterer Varianten möglich, wovon einige beispielhaft im weiteren aufgeführt werden.Next the described embodiment a variety of other variants are possible, some of which are exemplary listed below become.
Gemäß
Eine
weitere Ausführungsform
gemäß der
Aus
Eine
weitere Ausführungsform
im Sinne von
In
einer weiteren Ausführungsform
zeigt
Das
elektronische Bauelement (
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.It It will be apparent to those skilled in the art that those described above embodiments by way of example, and the invention is not to be understood limited is, but in more diverse Way can be varied without departing from the spirit of the invention.
- 11
- Trägersubstratcarrier substrate
- 22
- Rasterflächegrid area
- 33
- Funktionselementfunctional element
- 44
- BondelementBond element
- 55
- Anschlusskontakt (zwischen Funktionselement undconnection contact (between functional element and
- Bondelement)Bond element)
- 66
- CoversubstratCover substrate
- 77
- MikrorahmenstrukturMicro frame structure
- 88th
- RasterbandRasterband
- 99
- Graben (auf der Oberseite F3 des Coversubstrats)dig (on top F3 of the cover substrate)
- 1010
- Bondfläche, BondpadBonding surface, Bondpad
- 1111
- Kavitätcavity
- 1212
- Öffnungsbereich des Coversubstratsopening area of the cover substrate
- 1313
- Gehäusecasing
- 1414
- Öffnungsbereich des Trägersubstratsopening area of the carrier substrate
- 1515
- Einzelnes Bauelementsingle module
- 1616
- Schutzschicht der Bondelementeprotective layer the bonding elements
- 1717
- Kanalchannel
- 1818
- Graben (auf der Unterseite F2 des Coversubstrats)dig (on the bottom F2 of the cover substrate)
- 1919
- Drahtwire
- 2020
- Kleb-Löt-VerbindungAdhesives braze joint
- 2121
- wärmeableitendes Basissubstratheat dissipating base substrate
- 2222
- Lötbumpssolder bumps
- 2323
- Basissubstratbase substrate
- 2424
- Halterungbracket
- 2525
- optisches Bauteil, Linseoptical Component, lens
- ZZ
- Vergrößerter Ausschnittsbereich des TrägersubstratsMagnified clipping area of the carrier substrate
- F1F1
- Oberseite des Trägersubstratstop of the carrier substrate
- F2F2
- Unterseite des Coversubstratsbottom of the cover substrate
- F3F3
- Oberseite des Coversubstratstop of the cover substrate
- S1S1
- Schnittlinie Trägersubstratintersection carrier substrate
- S2S2
- Schnittlinie Trägersubstratintersection carrier substrate
- S3S3
- Schnittlinie Trägersubstratintersection carrier substrate
- S4S4
- Schnittlinie Trägersubstratintersection carrier substrate
- S5S5
- Schnittlinie Coversubstratintersection Cover substrate
- S6S6
- Schnittlinie Coversubstratintersection Cover substrate
- S7S7
- Schnittlinie Coversubstratintersection Cover substrate
- S8S8
- Schnittlinie Coversubstratintersection Cover substrate
- S9S9
- Schnittlinie Verbundsubstratintersection composite substrate
- S10S10
- Schnittlinie Verbundsubstratintersection composite substrate
- S11S11
- Schnittlinie Verbundsubstratintersection composite substrate
- S12S12
- Schnittlinie Verbundsubstratintersection composite substrate
Claims (22)
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US11/911,085 US8324024B2 (en) | 2005-04-11 | 2006-04-10 | Method for production of packaged electronic components, and a packaged electronic component |
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EP06724182.8A EP1869705B1 (en) | 2005-04-11 | 2006-04-10 | Method for manufacturing enclosed electronic devices and enclosed electronic device |
CN200680011771.4A CN101156242B (en) | 2005-04-11 | 2006-04-10 | Method for the production of enclosed electronic components, and enclosed electronic component |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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US (1) | US8324024B2 (en) |
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